RU2792349C1 - Латунный сплав - Google Patents
Латунный сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792349C1 RU2792349C1 RU2022129262A RU2022129262A RU2792349C1 RU 2792349 C1 RU2792349 C1 RU 2792349C1 RU 2022129262 A RU2022129262 A RU 2022129262A RU 2022129262 A RU2022129262 A RU 2022129262A RU 2792349 C1 RU2792349 C1 RU 2792349C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- brass
- copper
- lead
- furnace
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к сплавам на основе меди с цинком и свинцом, и может быть использовано для изготовления прутков, предназначенных для изготовления деталей, являющихся составными частями трубопроводной арматуры. Латунный сплав содержит, мас.% Cu 61-62, Pb 1,5-3, Fe≤0,4, Sn≤0,5, Al 0,1-0,2, Ni 0,2-0.5, Si≤0,07, Sb≤0,02, Bi≤0,003, P≤0,02, Zn - остальное, сумма примесей 0,2, при этом сплав имеет структуру с соотношением долей α-фазы к β-фазе от 60/40 до 70/30. Технический результат заключается в повышении стойкости к коррозии, в частности к обесцинкованию, и повышении пластичности сплава. 2 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к сплавам на основе меди с цинком и свинцом, и может быть использовано для изготовления прутков предназначенных для изготовления деталей, являющихся составными частями трубопроводной арматуры.
Латунь является материалом, имеющим множество возможностей и областей применения. Основными компонентами являются медь (Cu) и цинк (Zn). Путем добавления различных легирующих материалов, таких как, свинец (Pb), олово (Sn), железо (Fe), алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и/или мышьяк (As), латуни можно придавать уникальные свойства. Существует множество разных видов латуней для различных типов обработки и различных конечных продуктов. Латунь может также включать сурьму (Sb), фосфор (Р), бор (В) и/или серу (S).
Латунь можно получить в форме заготовок (прутков) различного по конфигурации и сложности профильного сечения (квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник, восьмигранник и др.) для дальнейшей обработки и получения деталей трубопроводной арматуры, крепежных изделий (винты, шайбы, гайки и др.), электротехнические изделия, декоративные изделия и др.
Латунные заготовки рентабельно производить, потому что почти 80 процентов сырья находится в форме латунного лома, частично в виде возвратных отходов обрабатывающей промышленности и частично вовлекается с предприятий по переработке отходов.
Из уровня техники известен латунный сплав ЛС59-1 по ГОСТ 15527-2004, содержащий, мас.%: медь 57-60, свинец 0,8-1,9, железо ≤ 0,5, олово ≤ 0,3, сурьма ≤ 0,01, висмут ≤ 0,003, фосфор ≤ 0,02, цинк - остальное, прочие менее 0,75.
Вследствие широких диапазонов основных химических элементов сплав может иметь различные прочностные свойства и коррозионную стойкость.
Из уровня техники известен сплав латуни для изготовления прутков (патент RU 2768921, МПК C22C 9/04, опубл. 25.03.2022), содержащий, мас. %: медь 56 - 58, свинец 1,5 - 2,41, железо 0,01 - 0,45, никель 0,04 - 0,43, олово 0,03 - 0,42, кремний 0,02 - 0,26, алюминий 0,022 - 0,41, марганец 0,02 - 0,40, сурьма 0,003 - 0,03, висмут ≤ 0,003, неизбежные примеси ≤ 1,5, цинк - остальное. Латунь по указанному патенту сожержит 56-58 мас.% меди, при этом наличие α-фазы или полностью исключается, или возможно в малых количествах (менее 10%) и то в случае минимального содержания примесей. Данная латунь непригодна для работы в напряженных состояниях, особенно в агрессивных средах, эта латунь не пригодна для изготовления трубопроводной арматуры. Она подходит только для изделий декоративного характера или изделий, работающих без внешних нагрузок в сухой, неагрессивной среде.
Также, из уровня техники известен сплав латуни (CN104451248, дата публикации 25.03.2015, прототип), который содержит, мас.%: медь 57 - 62, цинк 35 - 39, свинец 1 - 3, алюминий 0,1 - 0,3, железо 0,1 - 0,5, никель 0,3 - 0,6, олово 0,5 - 0,8, марганец 0,03 - 0,05, кремний 0,02 - 0,05, сурьма ≤0,005, фосфор ≤0,01, висмут ≤0,002.
Сплав латуни с количеством меди 57% и тем количеством примесей, что показаны в патенте CN104451248, по структуре в основном состоит из β-фазы, которая является хрупкой и некоррозионностойкой, а также имеет недостаточно высокую механообрабатываемость (при содержание свинца менее 1,5%).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение латунного сплава с повышенной структурной стабильностью, высоким уровнем физико-механических, технологических и служебных свойств, что обеспечит повышение ресурса работы трубопроводной арматуры.
Технический результат заключается в повышении стойкости к обесцинкиванию (коррозии) и повышении пластичности сплава при сохранении хороших пластических свойств при горячем деформировании, горячей штамповке и обрабатываемости резанием.
Заявляется латунный сплав, содержащий медь, цинк, свинец, алюминий, железо, никель, олово, марганец, кремний, сурьму, фосфор, висмут, при следующем соотношении компонентов, мас.% Cu 61-62, Pb 1,5-3, Fe≤0,4, Sn≤0,5, Al 0,1-0,2, Ni 0,2-0.5, Si≤0,07, Sb ≤0,02, Bi≤0,003, P≤0,02, Zn остальное, сумма прочих примесей 0,2%, при этом соотношение между долей α-фазы к β-фазе составляет от 60/40 до 70/30.
Поставленная в заявке задача решается уточнением процентного содержания и введением в состав заявляемой композиции оптимального количества железа, олова, алюминия и никеля. Важность состоит именно в точном соотношении легирующих элементов. Как следствие это позволит получить латунь с гарантированными стабильными прочностными характеристиками и стойкостью к коррозии.
Особенным преимуществом состава сплава латуни является такое соотношение между α-фазой и β-фазами от 60/40 до 70/30%, что обеспечивает получение пластичного сплава с относительным удлинением 20-30% и пределом прочности 390-400 МПА, а это достигается при содержании меди 61-62 %.
Наличие в составе латуни заявленного количества железа Fe≤0,4% и олова Sn≤0,5% способствует получению более мелкозернистой структуры сплава, что оказывает влияние на повышение коррозионной стойкости.
Диапазон по содержанию свинца в пределах 1,5 - 3% в заявляемом сплаве направлен на улучшение механообрабатывающих свойств, обеспечивает латунному сплаву хорошую обрабатываемость на металлорежущих станках, а также снижает коэффициент трения при механическом контакте подвижных деталей. Количество свинца менее 1,5% значительно ухудшает обрабатываемость резанием. Стружка становится менее ломкой и может наматываться на режущий инструмент. При наличии свинца более 2% могут возникнуть проблемы с горячей обработкой давлением, вследствие малой температуры плавления свинца. Для горячей штамповки желательно выбирать содержание Pb<2%, для автоматной обработки, без горячей штамповки до 3% (при автоматной обработке стружка будет более рассыпчатая при содержании Pb более 2%).
Более узкий диапазон алюминия в пределах 0,1-0,2% необходим для удовлетворительной горячей обрабатываемости. Количество алюминия 0,2-0,3% создает проблемы с горячей штамповкой из-за сужения температурного диапазона горячего деформирования в сторону пониженных температур.
Последующие примеры дополнительно описывают и демонстрируют применение сплава в рамках объема настоящего изобретения.
Изобретение объясняется ниже на основе специальных показательных вариантов реализации изобретения со ссылками на фигуры, на которых изображено следующее: на фиг. 1 изображена световая микрофотография поверхности испытуемого образца из сплава номер 1, фиг. 2 изображена световая микрофотография поверхности испытуемого образца из сплава номер 2, фиг. 3 изображена световая микрофотография поверхности испытуемого образца из сплава номер 3.
Прутки из заявляемого латунного сплава изготавливают плавкой в индукционных канальных плавильных печах, полунепрерывным и непрерывным литьем, прессованием, волочением.
Отливку заявляемого сплава производят на индукционной канальной печи GYT. Сырьем для получения отливок является лома латуни, меди, свинца, цинка, ЦАМа (ЦАМ - сплав Zn, Al, Cu, Al - 4%, Cu - 1%, Zn - остальное). Все латунные лома делятся по группам по проценту содержания Cu, легирующих элементов. Например, группа 1 - латуни Л63-68, группа 2 - ЛС 59-1, CW 617 и ее аналоги, группа 3 все латуни содержащие более 70% Cu. Формируется шихтовая карта, в которой описаны пропорции различных групп и рекомендации, что делать, если тот или иной элемент вышел за пределы пределов обозначенных в тех. процессе. В шихтовую карту так же входит и количество свинца и цинка и ЦАМа, которые необходимо добавлять в расплав для получения необходимого химического состава. Описаны покровные и рафинирующие флюсы, применяемые для выплавки латуни. Описан нормативный угар сплава. В качестве неизбежных примесей заявляемый сплав содержит фосфор, серу, азот, кислород, мышьяк и другие элементы, находящиеся в шихте в незначительных количествах, суммарное количество которых не превышает 0,2%.
Оборудованием являются печи непрерывного литья типа GYT. Они состоят из 2-х основных частей: верхняя печь для приготовления сплава емкостью 500 кг, нижняя раздаточная такой же емкости. Из нижней печи выходят от 4 до 6 кристаллизаторов. Из них специальным вытягивающим устройством вытягивается расплав.
В верхнюю печь первым загружается отсортированный лом латуни mix. После расплавления лома берется первая проба новой плавки для определения химического состава. Проба отбирается из расплава с помощью специального ковша (черпака), выливается в пробницу, после чего извлекается из пробницы, охлаждается и нижнее основание пробы зачищают на шлифовальной машинке до ровной поверхности. Далее проба отправляется на оптико-эмиссионный спектрометр для анализа металлов ДФС-500. По результатам анализа принимается решение о дальнейших действиях согласно шихтовой карте.
Верхняя печь наплавляется возвратами производства до уровня 90% от полного, далее берется вторая проба на хим. анализ. По результатам анализа второй пробы согласно шихтовой карте в верхнюю печь добавляют возвраты производства до полного заполнения печи, медь корректируется вводом цинком, металл разогревают до температуры 1050 - 1070°С и переливают в нижнюю печь.
Если количество примесей (Fe, Sn, Al, Si) превышает заявленные значение, то согласно шихтовой карте в печь загружаются корректирующие шихтовые материалы (Л63, Л68 150, ЛС59). Далее печь наплавляется до уровня 80% от полного возвратами производства, и берется вторая проба на хим. анализ. По результатам анализа второй пробы сплав наплавляется до полного объема печи возвратами производства, содержание меди корректируется добавлением цинка, металл разогревают до температуры 1050 - 1070°С и переливают в нижнюю печь. Если результаты анализа второй пробы неудовлетворительные, в печь согласно шихтовой карте загружаются корректирующие шихтовые материалы (лом меди) и возвраты производства до полного заполнения печи, металл разогревают до температуры 1050 - 1070°С и переливают в нижнюю печь.
После перелива металла из верхней в нижнюю печь из нижней печи берется третья проба на определение хим. состава. В нижней печи происходит поддержание температуры на уровне 1040-1060°С и не допускается никакой дошихтовки расплава. На этом процесс плавки завершен, и металл вытягивается через кристаллизатор в прутки или трубы различных сечений.
Литые прутки и трубы непрерывно вытягиваются из кристаллизатора шаговым способом системой вытяжки типа ДТМ. При вытягивании в кристаллизаторе расплав охлаждается до 650°С. Этого достаточно для непрерывного вытягивания прутков различных сечений и толстостенных труб.
Пройдя через систему вытяжки ДТМ, достигнув определенной длины (в нашем случае 6м), прутки и трубы поступают к автоматической отрезной машине Cooper, посредством которой отрезаются, после чего падают в накопитель, остывают и перемещаются к скальпировочным машинам с помощью кран-балки. Под скальпированием понимается снятие оксидной пленки специальным алмазным резцом на скальпировочном стане.
В таблице 1 приведены варианты предлагаемого сплава в сравнении с известным аналогом.
Таблица 1 - Химический состав исследуемых материалов | ||||||||||||
Состав | № состава | Cu | Pb | Fe | Sn | Al | Ni | Si | Sb | Bi | P | Zn |
Заявляемый | 1 | 61,951 | 2,14 | 0,38 | 0,21 | 0,15 | 0,3 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,003 | ост. |
2 | 61,047 | 2,9 | 0,31 | 0,29 | 0,18 | 0,3 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | ост. | |
3 | 61,571 | 1,7 | 0,30 | 0,23 | 0,13 | 0,4 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | ост. | |
Известный ЛС59-1 по ГОСТ15527-2004 |
4 | 57,0-60,0 | 0,8-1,9 | до 0,5 | до 0,3 | - | - | - | до 0,01 | до 0,003 | до 0,02 | ост. |
Соотношение указанных элементов выбрано таким, чтобы сплав после соответствующей термической обработки обеспечивал требуемый уровень и стабильность важнейших физико-механических свойств, определяющих высокую работоспособность материала в сложных условиях эксплуатации трубопроводной арматуры.
Данная латунь (состав № 1-3) отличается от латуни ЛС59-1 (состав №4) по ГОСТ 15527-2004 большим содержанием меди и уточненным количеством легирующих элементов. Цель разработки данного сплава была следующая: повышение стойкости к обесцинкованию (коррозии) и повышение пластичности сплава при сохранении присущей ЛС59-1 хорошей горячей обработке и обрабатываемости резанием.
Результаты опытов на обесцинкование по ГОСТ 28057-89 показывают увеличение стойкости до трех раз благодаря наличию легирующих элементов в определенных пропорциях и более высокому содержанию меди. Алюминий, имея высокий коэффициент Гийе, увеличивает количество β-фазы и уменьшает влияние меди на сплав.
Результаты проведенных исследований показали (таблица 2), что при уточненном химическом составе по основным компонентам и примесям получается более стабильные показатели стойкости материала к обесцинкованию. Стойкость к обесцинкованию улучшилась. Показатели механических свойств также имеют более узкий и стабильный диапазон.
Таблица 2 - Результаты исследований прочностных и пластических характеристик исследованных материалов | ||||||
Состав |
Условный
№ состава |
Предел прочности | Предел текучести | Относительное удлинение | Сужение | Обесцинкование по ГОСТ |
МПа | МПа | % | % | мкм | ||
Заявляемый | 1 | 405-415 | 215-220 | 20-25 | 19,8-23,4 | 220-230 |
2 | 410-420 | 225-230 | 19-24 | 19,9-23,5 | 220-240 | |
3 | 410-420 | 220-225 | 21-26 | 19,7-23,2 | 220-235 | |
Известный ЛС59-1 по ГОСТ15527-2004 |
4 | 350-420 | 170-225 | 8-30 | 12-20 | 300-1500 |
Таким образом, решена задача получения сплав с фиксированными механическими свойствами, коррозионной стойкостью и стойкостью к межкристаллидной коррозии для выпуска трубопроводной арматуры методом горячей штамповки, работающей в агрессивных средах. В отличие от запатентованного сплава в Китае (CN104451248) заявленный латунный сплав имеет более узкий диапазон меди, что обеспечивает сохранение физических и коррозионных свойств. Известно, что количество меди кардинально меняет фазовое состояние латуни, следовательно, механические свойства и коррозионную стойкость. Для примера, латунь с количеством меди 57% и тем количеством примесей, что приведены в китайском патенте будет β-латунью (хрупкой и некоррозионностойкой).
В заявленном сплаве количество железа и олова меньше, чем в CN104451248. Это сделано для лучшей коррозионной стойкости, что подтверждают опыты по обесцинкованию. Более узкий диапазон алюминия необходим для удовлетворительной горячей обрабатываемости.
Заявленный сплав латуни обладает фиксированными механическими свойствами, коррозионной стойкостью и стойкостью к межкристаллидной коррозии для выпуска трубопроводной арматуры методом горячей штамповки, работающей в агрессивных средах. Данная латунь в связи с низким содержанием Si практически никогда не будет иметь силицидов. Силициды железа ввиду высокой твердости и тугоплавкости негативно сказываются на процессе горячей штамповки и механической обработки. При механической обработке они до двух раз снижают стойкость инструмента.
Claims (13)
- Латунный сплав, характеризующийся тем, что содержит медь, цинк, свинец, алюминий, железо, никель, олово, марганец, кремний, сурьму, фосфор, висмут, при следующем соотношении компонентов, мас.%
- Медь 61-62,
- Свинец 1,5-3,
- Железо ≤0,4,
- Олово ≤0,5,
- Алюминий 0,1-0,2,
- Никель 0,2-0.5,
- Кремний ≤0,07,
- Сурьма ≤0,02,
- Висмут ≤0,003,
- Фосфор ≤0,02,
- Неизбежные примеси 0,2%,
- Цинк - остальное, при этом соотношение между долей α-фазы к β-фазе составляет от 60/40 до 70/30.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792349C1 true RU2792349C1 (ru) | 2023-03-21 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101420619B1 (ko) * | 2012-09-14 | 2014-08-13 | 노인국 | 무연 황동 괴 및 그 제조방법 |
US10351933B2 (en) * | 2012-02-01 | 2019-07-16 | Toto Ltd. | Brass with excellent corrosion resistance |
RU2717432C2 (ru) * | 2014-05-16 | 2020-03-23 | Отто Фукс Коммандитгезельшафт | Сплав специальной латуни и продукт из этого сплава |
RU2768921C1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-03-25 | Акционерное общество "Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов" | Латунный сплав для изготовления прутков |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10351933B2 (en) * | 2012-02-01 | 2019-07-16 | Toto Ltd. | Brass with excellent corrosion resistance |
KR101420619B1 (ko) * | 2012-09-14 | 2014-08-13 | 노인국 | 무연 황동 괴 및 그 제조방법 |
RU2717432C2 (ru) * | 2014-05-16 | 2020-03-23 | Отто Фукс Коммандитгезельшафт | Сплав специальной латуни и продукт из этого сплава |
RU2768921C1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-03-25 | Акционерное общество "Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов" | Латунный сплав для изготовления прутков |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2761042B1 (en) | Leadless free-cutting copper alloy | |
RU2508415C2 (ru) | Обрабатываемый резанием сплав на основе меди и способ его получения | |
CN102899525B (zh) | 一种高强高韧耐磨复杂黄铜及其制造方法 | |
JP2004244672A (ja) | 耐脱亜鉛性に優れた銅基合金 | |
JP2002180165A (ja) | プレス打ち抜き性に優れた銅基合金およびその製造方法 | |
JP2016511792A (ja) | 良好な熱成形性を有する、無鉛の、切断が容易な、耐腐食性真鍮合金 | |
JP4424503B2 (ja) | 棒鋼・線材 | |
CN101768683A (zh) | 一种高强度耐蚀易切削黄铜合金及其制造方法 | |
WO2020261636A1 (ja) | 快削性銅合金鋳物、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法 | |
CN1961089A (zh) | 可切削的铜基合金和生产方法 | |
KR102623144B1 (ko) | 쾌삭성 구리 합금, 및 쾌삭성 구리 합금의 제조 방법 | |
CN111235427A (zh) | 一种易切削黄铜合金及其制备方法和应用 | |
CN1461815A (zh) | 无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法 | |
KR102486303B1 (ko) | 주조용 몰드재, 및 구리 합금 소재 | |
JP4459067B2 (ja) | 高強度高導電性銅合金 | |
RU2792349C1 (ru) | Латунный сплав | |
KR950014423B1 (ko) | 구리를 기재로 한 전자부품 구조용의 금속합금 | |
JP6821290B2 (ja) | 電子部品用Cu−Ni−Co−Si合金 | |
KR20180117093A (ko) | 구리-아연 합금으로 이루어진 슬라이딩 부품 | |
JP6796355B1 (ja) | 快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法 | |
CN115233030A (zh) | 一种焊接性能优异的铜合金及其制备方法 | |
RU71914U1 (ru) | Проволока из никелехромовокремниевой бронзы | |
JP2011017073A (ja) | 銅合金材 | |
RU2315124C2 (ru) | Оловянно-цинковая бронза для изготовления проволоки | |
JP6830135B2 (ja) | 電子部品用Cu−Ni−Co−Si合金 |